グラフラプラシアンの代数的接続性における異なるグラフ操作の影響?


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グラフG の代数的接続性は、Gのラプラシアン行列の2番目に小さい固有値です。この固有値は、Gが接続されたグラフである場合に限り、0より大きくなります。この値の大きさは、グラフ全体の関連性を反映しています。

例として、「自己ループの追加」はグラフのラプラシアン固有値(特に代数的接続性)を変更しません。なぜなら、laplacian(G)= DAは自己ループの追加に関して不変だからです。

私の質問は:

ラプラシアンのスペクトルに対するさまざまな演算(エッジ収縮など)の影響を研究した人はいますか?あなたは良い参考文献を知っていますか?

備考:代数的接続の正確な定義は、使用するラプラシアンのタイプによって異なります。この質問では、スペクトルグラフ理論でファンチョンの定義を使用することを好みます。この本では、ファンチョンはラプラシアンの再スケーリングされたバージョンを使用して、頂点の数への依存を排除​​しました。


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やる気と背景を教えていただければ助かります。良い質問をする方法をご覧くださいとサイトのFAQ
Kaveh

エッジ収縮のケースにも興味があります。私は以前、固有値とマイナー演算の間の関係についての参照を見つけることに少し時間を費やしてきましたが、成功しませんでした。
Hsien-Chih Chang張學之

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私には、動機はかなりはっきりしているようです。
Suresh Venkat 2011

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さまざまな操作がラプラシアンにどのように影響するかを知ることは、それ自体興味深いことであり、この問題はさまざまな状況で現れます。
Marcin Kotowski、2011

回答:


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接続性を維持する直感的な操作では、固有値は減少しません。たとえば、グラフにエッジを追加しても、接続性は低下しません。

一般に、HがグラフGのサブグラフである場合、インターレースすることにより、Hのi番目に大きいラプラシアン固有値がGのi番目に大きいラプラシアン固有値より大きくないことがわかります。証明は命題3.2にあります。BrouwerとHaemersによる本「Spectra of graphs」の1 つ。本で使用されているラプラシアンの定義は正規化されていないことに注意してください。対角線上にノードの次数があり、非対角線のエントリに-1(エッジがない場合は0)があります。


チャン、ありがとう。あなたの答えは私にとって本当に役に立ちます。しかし、正規化されていないラプラシアンの定義を使用すると、比較の多くは意味がないように見えます。たとえば、Algebraic Connectivity(K10)= 10およびAlgebraic Connectivity(K20)= 20があります。ただし、両方のグラフは完全に接続された単純なグラフです。しかし、正規化されたラプラシアンを使用する場合、NormalizedAlgebraicConnectivity(K10)= NormalizedAlgebraicConnectivity(K20)= 1であるため、正規化されたバージョンの比較はより合理的で自然なようです。
js

@behnam:私はあなたに同意します。ただし、正規化後、非減少プロパティの一部は異なる場合があります。(たとえば、正規化されていないエッジのエッジを削除すると、最大のラプラシアンで厳密に減少することを確認できますが、正規化されたエッジでは削除できません。)
Hsien-Chih Chang張學之

Θ2Θ

@TysonWilliamsあなたはとても正しいです。これは、正規化されたラプラシアンと正規化されていないラプラシアンが異なる理論的な側面の1つです。エッジを追加することで、正規化されていない代数的接続性は常に上昇します(Fiedler)。ただし、間違った場所にエッジを追加すると、接続性が低下する可能性があることを示す例もあります(それほど複雑ではありません)。これは、エッジの重みを考慮に入れると特に簡単に確認できます。
Delio M.
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